JPS61214976A - ポリシヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水溶性ポリシ剤を併用して被加工物を高精度
、高能率で研磨でき、かつ高耐摩耗性を有するポリシャ
に関する。

〔従来の技術〕

ボリシングは被加工物表面を（１１μ慣以内の高度に平
滑な鏡面に磨き上げる加工であって、滴下等によシボリ
シ剤を供給されたポリシャ上に被加工物を押付は相対的
に滑らせる形で作業される。被加工物を除去する作用に
は、ボリシ剤中の微粒子の微小な切削作用、ボリシ剤中
微粒子の被加工物への凝着・はく離郷メカノケミカルな
作用、及び研磨液の化学的溶去作用に大別される。ここ
で、ボリシ剤というのは無機の硬″質粒子を研磨液中に
分散した混合物のことである。研磨液としては、ダイヤ
モンド砥粒を分散させるオリーブ油等特別な場合を除き
、水溶性の液が用いられる。例えば、ガラスのポリシン
グには微粒子の酸化セリウムを水に分散したものが用い
られ、半導体用シリコン基板のポリシングには、アルカ
リ液中にコロイダルシリカを分散させたもの゛が用いら
れるなどである。したがって、ポリシング・パッドに要
求される機能としては、研磨作用を行う微粒子をその表
面に保持すること、研磨作用を促進する環境形成若しく
は化学的溶去作用若しくは潤滑と切ぐず流出の作用をな
す研磨液を保持する能力がまず基本釣に必要である。更
に、実用面からは、被加工面の形状精度を向上若しくは
維持できること、寿命が長く保守容易であることが要求
される。

ところで、従来、この種のポリシャには、（１）タール
ピッチ、ウッドピッチ、ろう　（２）木材、竹（３）織
布、不織布　（４）稠密高分子　（５）軟質金属（６）
ガラス、セラミックスが用いられる。しかし、これらＫ
は、それぞれ次のような欠点があった。

（１）　　タールピッチ、ウッドピッチ、ろうはその粘
弾性のため、被加工物の表面に容易になじみ、微細砥粒
と組合せてガラス研磨などに用いれば、高精度の研磨面
が得られる反面、一定応力下で粘性流動があること及び
その性質が温度に敏感に影響されるため、高精度の研磨
加工をするためには厳密な条件管理と熟練を必要とする
。また、ポリシャの摺動速度加工圧力を高めて高能率化
しようとしても、発熱・粘性流動のため精度低下を来す
ので、加工能率は１μν時程度にしか達しない。これら
材料は疎水性であるため、ボリシ剤を保持するためと、
被加工物表面との吸着防止のためにポリシャ表面に溝入
れする必要がある。

（２）木材、竹は天然物であるため、その材質（組成、
構造）の安定性に乏しく、ポリシャとして成形した場合
、不均一性、異方性があり、均一な品質を必要とする工
業製品の量産には適さない。

（３）織布、不織布、高分子発泡材は上記ポリシャの欠
点を補うものとして多用される傾向にあシ、特に高品位
を要求される半導体結晶のメカノケミカル研磨加工の場
合には、はとんどこのポリシャを使用している。この場
合は、被加工物とポリシャの接触のなじみも良く、ポリ
シ剤の保持・こすシつけ・こすシ落しの機能もあるが、
このような機能を果たすソフトな表面とするため、ポリ
シャ全体も柔らかく、大きな圧縮性を有している。この
ため、連続加圧して研磨すると圧縮による永久変形と摩
耗のため加工能率が徐々に低下し、寿命も数１０〜数１
００時間の程度にすぎない。

したがって、量産の場で使用するときには、ポリシャ張
替えの手間と、この間の研磨作業の停止時間は、無視で
きない。また、全体的に柔らかいため、加工能率を上げ
るため加工圧力を増しても、せいぜいｌ　６　ｋｙ　／
♂のところで飽和してしまい、ポリシャの寿命も短かく
なる不具合を生じる。ポリシャ内には気孔、空隙のある
構造であるためボリシ剤中の研磨微粒子が浸入凝固して
ポリシャを硬化させても、これを除去して柔軟さを回復
させることは困難である。織布材質が天然の木綿系の場
合には吸湿性よ〈ポリシ能率は良いが引張強度が低く破
れ易い欠点もある。

（４）稠密高分子材料の場合は、その大部分は疎水性で
あって水をはじきポリシ剤に濡れないにもかかわらず、
ボリシ剤を保持する部分がなく、材料自体も硬いため、
表面に溝を入れてボリシ剤を加工面に供給する使い方が
一般的であるが、前述した不織布の場合と異なシ、ポリ
シャ全体として硬く、微視的表面が稠密連続であるため
、ボリシ剤中の研磨微粒子と被加工物表面を有効に接触
させるためには高い圧力をかける必要がある。また、と
の接触が得られたとしても微視的な粒子保持構造がない
ため、被加工物とポリシ間のわずかな摺動距離で、ポリ
シャと被加工物とはポリシ剤を介在させない直接接触と
なるため高い加工能率を期待できない。

（５）軟質金属ポリシャは、はとんどダイヤモンド砥粒
を用いる研磨加工に用いられる。このポリシャを一般の
砥粒を用いる研磨加工に使用する場合は、金属の塑性変
形のため、ポリシャ表面に一度埋め込まれた砥粒は容易
に更−新されることがなく、ポリシャ表面に加工能率を
低下させる摩滅砥粒の埋込まれた硬化層を形成してしま
う。また、被加工物のエツジが局部的に強く接触すると
、ポリシャには、塑性変形が生じ食い込みができ、表面
に凹凸ができ、接触の不安定を生じる。

（６）　　このほか、複合構成のポリシャとして、ろう
中にテア０．ン粉末を混入させて摩擦抵抗を減少させた
ものがある。この場合は、摩擦抵抗低減の効果以外はろ
うポリシャと同じである。また、商人ジフェノール樹脂
も利用されるが、これは元来硬くて脆い構造材としての
弱点を補強することを目的として構成されている複合材
料であるため、力学的強度に重点を置いた比較的少量の
布を充てんしたものである。したがって、樹脂部に比べ
て軟かい有人シ部分のボリシ剤保持効果を狙ってもその
効果は不十分でその効果は細溝を切った前述の稠密高分
子材料と大差はない。その上、フェノール樹脂が硬質で
摩耗しやすい材料で、ポリシャ表面上大部分が樹脂であ
るところから、複合構成ポリシャとしての利用に対して
は耐摩性にも問題がある。

この他、本発明者等の特許出願（特願昭５９−１９４２
７号）に示した１高分子材料と、研磨液に溶解しない硬
質粒子を混合固化した複合構成の材料からなることを特
徴とするポリシャ”もあや、軟質高分子材のノくルクと
しての剛性の向上、樹脂と充てん粒子の摩耗段差による
ポリシャ表面における微視的なボリシ保持機能の発生、
本来メカノケミカルボリジング作用に優れるポリシャ材
質でありながらその高硬度のためバルクではポリシャと
して使用できない材料の利用を可能にする点などにおい
て優れるものであるが、結合剤となる高分子材料はほと
んどのものが疎水性であるため、ポリシャ表面全体にわ
たってポリシ剤の液層を保持する能力に劣る点は無光て
んの稠密高分子性のものと大差はない。このため実用さ
れている８１基板用の大直径のポリシャとして用いると
きには、大面積に多数のボリシ剤保持用溝を加工し、使
用期間中この溝中にポリシ剤の固化物等硬質大粒子が沈
殿し加工中に浮上って加工物表面を傷つけることのない
よう清掃するなどの煩わしさがある。

また、特許第１．０６１２５６号明細書に示されている
ように稠密高分子にポリシ剤（研磨液）に溶解する粒子
を混合固化したポリシャを用いたものも知られており、
高精度、かつ低加工変質層の加工面が得られ、またポリ
シャ寿命の長い点で従来のポリシャよシも優れているが
加工能率の面では疎水性の結合剤高分子のとすシつけ、
こすシ落し機能を利用しているにすぎない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べてきたようにポリシャを構成する材料のうち、
天然の綿糸、天然の木材、竹、ガラス、金属酸化物は親
水性であるが、基材となる合成樹脂は疎水性でちって水
溶性の研磨液を用いるボリシ剤を用いるボリシングにお
いて、高能率、高精度、高品質の加工特性と耐摩耗、長
寿命特性を兼ね具える適切なポリシャは従来見当らない
。

本発明の目的は、被加工物の表面を高精度・高能率・高
品質で研磨加工でき、かつ耐摩耗性の高い機械的研磨又
はメカノケミカル研磨用ポリシャを提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明を概説すれば、本発明の第１の発明はポリシャに
関する発明であって、合成樹脂材料と、脱脂綿、木綿布
及びパルプよりなる群から選択した少なくとも１種のも
のとを混合固化した複合構成の材料からなる。

そして、本発明の第２の発明は他のポリシャに関する発
明であって、合成樹脂材料と、硬質粒子と、脱脂綿、木
綿布及びパルプよりなる群から選択した少なくとも１種
のものとを混合固化した複合構成の材料からなることを
特徴とする。

本発明者等は、従来ポリシャにおける以上の事情Ｋかん
がみ、ボリシ剤を適切に保持し、被加工物の表面を高精
度・高能率で研磨加工できるポリシャについて検討を重
ね、ポリシャを極めて親水性が良く研磨微粒子を保持し
加工面からこすシ落す作用が期待できる脱脂綿、未綿布
、パルプ及び場合によっては更にこれ゛らに硬質微粒子
を加えたものを適切な固化後の硬度、強度及び前記混入
物に対して適切な接着性を有する合成樹脂と混合固化し
た複合構成にすることにより、水溶性研磨液を含んで構
成されるボリシ剤をポリシャ面上に微視的に保持する機
能をもつことはもちろん、表面全体にα１ｍ＋徨度の研
磨液層を全面にわたって形成できる巨視的ボリシ剤保持
機能をもつことによって、ボリシ剤が排除されやすい高
加工圧力条件の下においても高能率、高精度、高品質の
ボリシングを可能とし、併せて耐摩耗性も高くできると
の考えの下に種々実験を行い、本発明を完成することが
できた。

混合固化される合成樹脂材料と硬質粒子は、脱脂綿、木
綿布、パルプと一体化可能なものの中から、被加工物と
、その加工品質、加工能率、加工精度及び加工圧力、摺
動速度等の加工条件に応じて適宜選択すればよい。

使用できる高分子材料としては、熱可塑性のもの、熱硬
化性のもの、硬度の高いもの、低いもの、耐摩耗性の高
いもの低いもののいずれも使用可能である。

また、硬質粒子としては、各種金属酸化物、炭化物、窒
化物、ホウ化物、金属間化合物、ガラス、非晶質金属、
単一元素結晶（８ｉ、％０等）等母材高分子材料に比べ
て硬質で、ボリシ剤に溶解するもの、溶解しないものを
選択することができる。もちろん、高分子材料、硬質粒
子のそれぞれについて複数の種類のものを同時に混合す
ることも可能性がある。

本発明に使用する脱脂綿、木綿布及びパルプよりなる群
から選択した少なくとも１種のものの充てん量は、使用
する合成樹脂材料の性質、硬質粒子の使用の有無、温度
、圧力及び時間等の製造条件及び意図する所期の効果に
よって異なるが、一般的１ｃ２０重量％よシ所望の効果
が顕著に現われてくる。他方、その上限は、ポリシャの
柔軟度、脱脂綿類の相容性等によシ自から決定される。

〔実施例〕 以下、本発明を実施例によシ更に具体的に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されない。

なお、第１図は本発明の一実施例にかかるポリシャの断
面図、第２図は本発明の他の実施例にかかるポリシャの
断面図であシ、第３図は、本発明をシリコン半導体基板
の高加工圧カポリジングに適用した場合の加工圧力（ｋ
ｇ／ｃ１ｆ１３、横軸）と加工能率（μ悔／時、縦軸）
との関係の１例を示すグラフである。

実施例１ 面内でほぼ一様な密度の脱脂綿を内面に離型処理を施し
た浅い平坦な底をもつ円筒形金型内に置き、金型温度を
約７０℃に保持した状態において、粘稠液状のポリエス
テル樹脂を脱脂綿中央部に所要量注入し、同じく離型処
理した円柱端状金型であって下部の円筒内径よシ数■小
さい直径のものを同じく７０℃程度に保持した状態で押
下げ、７０〜８０　ｋｌｌ　／　ｃｎｔ　”の所要圧力
で加圧し、数分間の硬化所要時間中その状態で保持する
。これによ？て、金型内で粘稠なポリエステル樹脂は金
型により７０℃程度に昇温し著しく粘度が下がシ、脱脂
綿中に行きわたり余分の樹脂は上下金型の隙間から排出
され、脱脂綿中にポリエステル樹脂を含浸し固化したポ
リシャが得られる。脱脂綿の樹脂に対する重量割合は金
型の加圧条件によって定まる。脱脂綿を３０％程度にす
ることは容易である。ポリシャは離型後金型に接してい
た部分は樹脂に覆われていて水をはじくが、切削、研削
で表面を薄く切削すると脱脂綿が表われポリシャ表面は
水に濡れる。３０％以上では全面に１１−以上の厚さの
水の層を保持することは容易である。このようＫして得
られた本実施例１のポリシャの断面図を第１図に示す。

１はポリシャ内部の脱脂綿繊維、２は合成樹脂、３はポ
リシャ表面上に出た脱脂綿、４はポリシャの平均的な平
面であシ、５は脱脂綿の親水性によってポリシャ表面に
給水した除虫じている水の層である。なお、第１図は、
本来、はとんど脱脂綿繊維によって埋尽されているが、
分か）易く図示した。

このような材料構造となっているので、ポリシャ表面は
比較的硬質の合成樹脂２０部分と柔らか〈微細繊維の脱
脂綿３とで構成され、特に表面上の脱脂綿繊維は樹脂２
中に一端を保持され他端は合成樹脂２０表面４よシは外
へ伸び出た形になる。すなわち、ポリシャ表面を仕上げ
る切削や研削の工具の切削作用に対して繊維は柔軟であ
るため、合成樹脂２は削り取られても繊維は撓んで逃げ
るからである。

実施例２ 本発明の別の実施例を第２図を参照して示す。

その製法は実施例１の方法を一部変更して、脱脂綿に、
あらかじめアルミナ粒子を混合した状態のポリエステル
樹脂を金型内で、含浸させることによって得られる。第
２図において符号１〜４はに１図に示したことと同義で
あ夛、６は混入した微粒子である。このような構造とな
っているため、ポリシャ表面となるべき、ところには樹
脂、砥粒、脱脂綿繊維が表出している。

以上の実施例に示したように、ポリシャ表面には、多数
の脱脂綿が露出しておシ、水溶液を供給した場合、その
親水性によシボリシャ全面に連続する液層を形成できる
。また、局部的に脱脂綿部は軟質であり、研磨粒子を捕
捉しやすいので、被加工物表面に樹脂部又は充てん粒子
部により押圧され付着した研磨粒子をかき落す作用をす
ると共に１新たな研磨粒子の供給源としても有効に作用
する。更に、この表面全体に亘る液層保持効果によシ、
被加工物に対してメカノケミカルボリジングの工具材質
として適切であシながら、疎水性であるため樹脂に混入
使用することが困難な粒子をも充てん使用できる。

繊維羞びに粒子部てんのバルク効果として、ポリシャ全
体のバルクとしての強さ、剛性が、高分子材料単独の場
合よシも強化され、加圧された被加工物のポリシャ面へ
の沈みが少なくなり、高加工圧力が適用できると共に１
被加工物のふ　　　゛ちだれ、平面度を改善できる。研
磨作用を有しつつ耐摩耗性の高いものを選べばポリシャ
の耐摩性向上、長寿命化が図シうる。加えて、ポリシャ
表面が一種の絨毛構造であるため加工圧力を低くしポリ
シャと被加工物の全面に安定で軽微な接触をさせれば極
めて高品位の加工面を得ることができる。

本発明のポリシャは発泡材や繊維のみで構成された織布
、不織布とは異なシ、極表面にのみ繊維が露出し、ポリ
シャ表面下には、ポリシ剤が浸透しない構造となってお
夛、ポリシャ内での研磨粒子の固化・固着がなく、表面
の清浄化も極めて容易であるため保守性にも極めて優れ
ている。

上記各側は脱脂綿について示したが、脱脂綿単独の代り
に、木綿布及び／又はパルプあるいはそれらと脱脂綿と
の混合物を用いて、同様な結果を得た。

応用例１ 本発明を半導体集積回路用８工結晶基板に適用し、高加
工圧力を採用してボリンした場合の加工能率を第３図に
示す。通常、不織布ポリシャでは加工圧力で１００〜４
００　ｔ／（−Ｊの範囲にとどまシ、加工能率も２Ｄｐ
ｇ１時以下である。

本発明の場合には、第３図に示すようＫ　７０１（ｇ／
儒１と通常の加工圧力の１００倍までかけることができ
、これによシ加工能率も１５倍以上に達する。

〔発明の効果〕

以上説明したように１極表面に親水性の繊維が密生して
ポリシ剤を保持シ、その繊維が微小粒子である研磨粒子
のかき落し作用と保持・供給作用を果たし、結合剤樹脂
と場合によって混入した粒子とは、研磨粒子を被加工物
表面に押としての強度・剛性を向上させているため高加
面の劣化はなく清掃の保守容易で長寿命の効果がある。

更に１低加工圧力の採用時には、表面の絨毛用繊維の軽
微なボリシング作用を優先使用できるため、高能率粗ボ
リシングと高品質仕上げボリシングを１枚のポリシャで
兼用できる効果がある。

したがって、高能率、高精度、高品質の条件を兼ね具え
た上に、取扱い容易性、長寿命を要求される部品材料の
ボリシングに適用すれば著効がある。すなわちシリコン
半導体基板、レンズ、プリズム等の光学部品のポリシン
グに適用すれば、生産性向上の効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例Ｋかかるポリシャの断面図、
第２図は本発明の他の実施例にかかるポリシャの断面図
、第３図は本発明をシリコン半導体基板の高加工圧カポ
リジングに適用した場合の加工圧力と加工能率との関係
の１例を示すグラフである。 １：ポリシャ内部の繊維、２：合成樹脂、３：ポリシャ
表面に露出した繊維、４：ポリシャ表面、５：水溶液層
、６：充てん粒子第１図 ？ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、合成樹脂材料と、脱脂綿、木綿布及びパルプよりな
   る群から選択した少なくとも１種のものとを混合固化し
   た複合構成の材料からなることを特徴とするポリシヤ。 ２、合成樹脂材料と、硬質粒子と、脱脂綿、木綿布及び
   パルプよりなる群から選択した少なくとも１種のものと
   を混合固化した複合構成の材料からなることを特徴とす
   るポリシヤ。